Sprężone powietrze jest wykorzystywane w wielu procesach produkcyjnych – od sterowania automatyką i zasilania narzędzi pneumatycznych po transport materiałów, czyszczenie, chłodzenie czy pakowanie. Jednocześnie należy do mediów, których wytwarzanie wymaga stosunkowo dużej ilości energii. Dlatego nawet niewielkie straty występujące przez całą dobę mogą w skali roku generować zauważalne koszty. Dobra wiadomość jest taka, że poprawa efektywności instalacji nie zawsze wymaga zakupu nowej sprężarki.
Największych oszczędności warto w pierwszej kolejności szukać w usuwaniu nieszczelności, obniżeniu ciśnienia roboczego, ograniczeniu niepotrzebnego zużycia powietrza oraz lepszym sterowaniu sprężarkami. Dopiero po uporządkowaniu tych obszarów można ocenić, czy potrzebna jest modernizacja urządzeń.
Dlaczego produkcja sprężonego powietrza jest kosztowna?
Sprężarka zamienia energię elektryczną w energię sprężonego powietrza, ale proces ten nie jest szczególnie efektywny energetycznie. U.S. Department of Energy wskazuje, że ponad 80% energii dostarczanej do kompresora ostatecznie przyjmuje postać ciepła. Z tego powodu sprężone powietrze powinno być traktowane jako kosztowne medium technologiczne, którego wykorzystanie warto dokładnie kontrolować.
Problemem wielu zakładów nie jest przy tym samo urządzenie wytwarzające powietrze, lecz sposób funkcjonowania całego systemu. Nieszczelna magistrala, niepotrzebnie wysokie ciśnienie, zabrudzone filtry, źle dobrane sterowanie czy przedmuchy pracujące również wtedy, gdy nie są potrzebne, powodują dodatkowy pobór energii.
Dlatego optymalizację warto traktować systemowo. Sprężarka, zbiorniki, osuszacze, filtry, rurociągi, zawory i odbiorniki tworzą jeden układ – poprawa tylko jednego elementu nie zawsze przyniesie oczekiwany efekt.
Zacznij od wykrycia i usunięcia nieszczelności
Jednym z pierwszych miejsc, w których warto szukać strat, są wycieki sprężonego powietrza. Mogą występować na połączeniach przewodów, szybkozłączach, zaworach, wężach, uszczelnieniach czy elementach maszyn.
Pojedynczy niewielki przeciek może wydawać się nieistotny. Problem pojawia się wtedy, gdy w rozbudowanej instalacji znajdują się dziesiątki takich miejsc, a sprężarka musi kompensować straty przez kilkanaście lub kilkadziesiąt godzin tygodniowo.
Według materiałów U.S. Department of Energy w źle utrzymanych instalacjach nieszczelności mogą odpowiadać nawet za 20–30% wydajności sprężarki. Regularne wykrywanie i naprawianie przecieków może znacząco zmniejszyć skalę tych strat.
Najlepszym rozwiązaniem nie jest przy tym jednorazowe „uszczelnienie instalacji”, lecz stworzenie procesu:
- okresowego lokalizowania wycieków, np. metodami ultradźwiękowymi,
- oznaczania wykrytych miejsc,
- określania priorytetu napraw,
- usuwania przyczyn przecieków,
- ponownej kontroli instalacji po wykonaniu prac.
Warto również mierzyć pobór powietrza podczas przestoju produkcji. Jeżeli w nocy lub w weekend zakład praktycznie nie pracuje, a sprężarka nadal regularnie się uruchamia, może to wskazywać na istotne nieszczelności lub odbiorniki pozostawione pod ciśnieniem.
Obniż ciśnienie do poziomu rzeczywiście potrzebnego produkcji
W wielu zakładach ciśnienie w sieci jest stopniowo zwiększane, gdy któraś z maszyn zaczyna mieć problemy z prawidłową pracą. Jest to proste rozwiązanie, ale często zamiast usuwać przyczynę problemu, zwiększa koszty funkcjonowania całego systemu.
Wyższe ciśnienie oznacza większe zapotrzebowanie sprężarki na energię, a jednocześnie może zwiększać ilość powietrza traconego przez nieszczelności i niekontrolowane odbiorniki.
W praktyce obniżenie ciśnienia o 1 bar może zmniejszyć zużycie energii przez sprężarkę o około 6–8%, choć rzeczywisty efekt zależy od rodzaju urządzenia i charakterystyki całej instalacji.
Dlatego zamiast utrzymywać nadmiernie wysokie ciśnienie w całym zakładzie, warto ustalić:
- jakie minimalne ciśnienie jest wymagane przez poszczególne maszyny,
- gdzie występują największe spadki ciśnienia,
- czy filtry lub osuszacze nie powodują nadmiernych strat,
- czy średnice przewodów są odpowiednie,
- czy pojedynczy odbiornik nie wymusza podnoszenia parametrów całej sieci.
U.S. Department of Energy wymienia obniżenie ciśnienia systemowego wśród najważniejszych działań poprawiających efektywność instalacji sprężonego powietrza.
Jeżeli tylko jedna maszyna wymaga wyższego ciśnienia, bardziej racjonalne może być zastosowanie lokalnego rozwiązania, np. doprężacza, zamiast produkowania całego strumienia powietrza przy podwyższonych parametrach.
Sprawdź, gdzie sprężone powietrze jest używane niepotrzebnie
Kolejny obszar potencjalnych oszczędności to same odbiorniki. Sprężone powietrze jest często stosowane do przedmuchiwania, chłodzenia, suszenia czy oczyszczania powierzchni, ponieważ rozwiązania pneumatyczne są proste i wygodne.
Nie oznacza to jednak, że w każdym przypadku są najbardziej ekonomiczne.
Warto przeanalizować przede wszystkim przedmuchy działające w sposób ciągły. Jeżeli strumień powietrza jest potrzebny wyłącznie wtedy, gdy na stanowisku znajduje się detal, zastosowanie czujnika i odpowiedniego sterowania może ograniczyć czas pracy odbiornika.
Podobna zasada dotyczy maszyn niepracujących podczas:
przerw → zmian produkcyjnych → nocy → weekendów → planowanych przestojów.
Automatyczne zawory odcinające mogą ograniczyć dopływ sprężonego powietrza do nieaktywnych części instalacji. Dzięki temu sprężarka nie musi pokrywać strat występujących w obszarach, które w danym momencie nie uczestniczą w produkcji.
Wśród podstawowych zaleceń dotyczących efektywności systemów sprężonego powietrza DOE wymienia właśnie eliminację zastosowań, w których sprężone powietrze nie jest potrzebne lub może zostać zastąpione bardziej efektywnym rozwiązaniem.
Dopasuj pracę sprężarek do zmiennego zapotrzebowania
Zapotrzebowanie zakładu na powietrze rzadko jest identyczne przez całą dobę. Uruchomienie kolejnej linii produkcyjnej może gwałtownie zwiększyć pobór, podczas gdy podczas przerw lub nocnej zmiany zapotrzebowanie może znacząco spaść.
Problem pojawia się wtedy, gdy system sprężarek pracuje niemal tak samo niezależnie od aktualnego zapotrzebowania.
W zakładach wyposażonych w kilka urządzeń znaczenie ma odpowiednie sterowanie kaskadowe, dzięki któremu poszczególne sprężarki są uruchamiane i obciążane w sposób odpowiadający aktualnemu poborowi.
Przy mocno zmiennym zapotrzebowaniu można również rozważyć wykorzystanie sprężarki z płynną regulacją wydajności. Przykładem są dostępne w ofercie Arbatech sprężarki śrubowe z regulacją prędkości, projektowane z myślą o pracy przy zmieniającym się poborze sprężonego powietrza.
Nie oznacza to jednak, że sprężarka o zmiennej prędkości będzie najlepszym rozwiązaniem w każdym zakładzie. O jej zastosowaniu powinien decydować rzeczywisty profil poboru, dlatego warto oprzeć decyzję na pomiarach zamiast na założeniach.
Kontroluj spadki ciśnienia na filtrach i pozostałych elementach
Filtry odpowiadają za zapewnienie wymaganej jakości sprężonego powietrza, ale wraz z ich zabrudzeniem może rosnąć spadek ciśnienia. W efekcie sprężarka musi produkować powietrze przy wyższym ciśnieniu, aby na końcu instalacji nadal dostępne były wymagane parametry.
Dlatego regularny serwis i wymiana elementów filtracyjnych mają bezpośredni wpływ nie tylko na jakość powietrza, ale również na zużycie energii.
Warto też unikać przewymiarowanej filtracji. Jeżeli dany proces nie wymaga najwyższej dostępnej klasy czystości, nadmiernie rozbudowany system uzdatniania może generować niepotrzebne spadki ciśnienia. DOE zaleca dostosowanie poziomu filtracji do rzeczywistych potrzeb konkretnej aplikacji oraz kontrolowanie różnicy ciśnień na elementach filtracyjnych.
Podobnej analizy wymagają osuszacze, separatory, przewody oraz armatura. Każdy dodatkowy spadek ciśnienia musi zostać wcześniej „wyprodukowany” przez sprężarkę, co wiąże się z poborem energii.
Wykorzystaj ciepło, które już produkuje sprężarka
Koszt energii wykorzystanej przez kompresor można ograniczać nie tylko poprzez zmniejszenie jej zużycia. Drugim sposobem jest odzyskanie części energii, która w normalnych warunkach zostałaby odprowadzona jako ciepło odpadowe.
W przemysłowych sprężarkach około 80–93% energii elektrycznej może zostać przekształcone w ciepło. W odpowiednio zaprojektowanych systemach odzysku możliwe jest wykorzystanie znacznej części tej energii termicznej.
Odzyskane ciepło może służyć między innymi do:
- ogrzewania hal i pomieszczeń,
- podgrzewania wody,
- wspomagania wybranych procesów technologicznych,
- podgrzewania powietrza wentylacyjnego,
- wstępnego podgrzewania wody technologicznej.
Opłacalność takiego rozwiązania zależy oczywiście od wielkości sprężarki, liczby godzin pracy oraz możliwości praktycznego wykorzystania ciepła w zakładzie.
W przedsiębiorstwach, w których kompresory pracują przez wiele godzin dziennie, warto jednak uwzględnić odzysk ciepła podczas analizy kosztów całego systemu.
Regularny serwis może kosztować mniej niż praca niesprawnego urządzenia
Odkładanie wymiany filtrów, czyszczenia chłodnic czy innych prac serwisowych może pozornie obniżać bieżące wydatki. W dłuższej perspektywie pogarszający się stan urządzenia może jednak prowadzić do zwiększonego poboru energii, większego ryzyka awarii i skrócenia żywotności podzespołów.
Dlatego przy ocenie kosztów sprężonego powietrza warto patrzeć nie tylko na faktury za prąd, ale również na sprawność techniczną urządzeń.
Znaczenie mają m.in. stan:
filtrów → separatorów → chłodnic → układu smarowania → osuszaczy → automatyki → zaworów → przewodów.
Regularna konserwacja pozwala utrzymywać parametry pracy możliwie blisko wartości przewidzianych dla danego urządzenia. DOE również wymienia modernizację oraz właściwe utrzymanie sprzętu wśród podstawowych działań poprawiających efektywność systemu sprężonego powietrza.
Audyt sprężonego powietrza pokazuje, gdzie naprawdę powstają koszty
W większym zakładzie trudno ocenić efektywność systemu wyłącznie na podstawie ciśnienia wskazywanego przez manometr przy sprężarce. Znacznie więcej informacji daje analiza rzeczywistego sposobu funkcjonowania instalacji.
Audyt sprężonego powietrza może obejmować między innymi pomiary:
- przepływu sprężonego powietrza,
- ciśnienia w różnych punktach sieci,
- poboru energii przez sprężarki,
- zmian zapotrzebowania w czasie,
- poziomu nieszczelności,
- pracy urządzeń podczas przestojów.
Dzięki temu można określić, czy większy potencjał oszczędności znajduje się po stronie produkcji powietrza, jego dystrybucji czy odbiorników końcowych.
Arbatech jest przykładem firmy działającej właśnie w takim modelu. Oprócz dostarczania sprężarek i pozostałych urządzeń dla instalacji przemysłowych firma zajmuje się analizą systemów sprężonego powietrza, doborem rozwiązań, ich wdrażaniem i późniejszym serwisem. Jej oferta obejmuje m.in. sprężarki śrubowe olejowe i bezolejowe, rozwiązania wysokociśnieniowe oraz urządzenia przeznaczone do różnych zastosowań przemysłowych.
Takie podejście ma znaczenie szczególnie wtedy, gdy celem przedsiębiorstwa nie jest po prostu zakup kolejnego kompresora, ale obniżenie kosztu wytworzenia 1 m³ sprężonego powietrza i poprawa sprawności całego układu.
Najpierw optymalizacja, później zakup większej sprężarki
Spadki ciśnienia w zakładzie często prowadzą do wniosku, że obecna sprężarka jest za mała. Tymczasem przyczyną problemu mogą być nieszczelności, nieprawidłowo dobrana instalacja, zużyte filtry, duże chwilowe odbiory albo niewłaściwe sterowanie.
Zakup kolejnego urządzenia bez wcześniejszej analizy może zwiększyć możliwości produkcji sprężonego powietrza, ale jednocześnie utrwalić istniejące straty.
Dlatego rozsądna kolejność działań wygląda inaczej:
pomiar → wykrycie strat → usunięcie nieszczelności → optymalizacja ciśnienia → analiza odbiorników → poprawa sterowania → serwis → dopiero wtedy ocena potrzeby modernizacji sprężarek.
Takie podejście pozwala określić rzeczywiste zapotrzebowanie zakładu. Może się okazać, że nowe urządzenie powinno mieć inne parametry niż początkowo zakładano – albo że jego zakup wcale nie jest jeszcze potrzebny.
Jak obniżyć koszt sprężonego powietrza w praktyce?
Największy potencjał oszczędności zwykle nie znajduje się w jednym miejscu. Efektywna instalacja jest wynikiem wielu działań wykonywanych równocześnie: likwidowania nieszczelności, utrzymywania właściwego ciśnienia, ograniczania zbędnych odbiorników, regularnego serwisowania oraz dostosowania produkcji powietrza do rzeczywistego zapotrzebowania zakładu.
Warto również analizować możliwość odzysku ciepła oraz sprawdzić, czy każda część instalacji rzeczywiście musi pracować z takimi samymi parametrami.
Najważniejszym krokiem jest jednak rozpoczęcie od danych. Dopiero pomiary pokazują, ile sprężonego powietrza zakład rzeczywiście potrzebuje, kiedy występują szczyty poboru i gdzie powstają największe straty. Dzięki temu działania modernizacyjne można kierować tam, gdzie przyniosą największy efekt ekonomiczny.
Artykuł sponsorowany